Устройство для управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций Советский патент 1983 года по МПК G05B19/02 

10 Изобретение относится к устройствам автоматического управления прочностными, усталостными испытаниями, оно МО- укег быть использовано в различных об пастях экспериментапьной техники, где испытываемый объект подвергается много осному циклическому воздействию по заданной программе. Наиболее распространенным :видом цик лического нагружения при усталостных испытаниях является нагружение по программе, которая представляет собой совокупность многоступенчатых программ (под ступенью подразумевается участок программы, содержащий заданное число циклов нагруженкя, характеризуемых определенной формой, частотой и амплитудой нагрузки). Достоверность испытаний по многоступенчатой программе определяется в основнрм точностью воспроизведения экстремальных значений нарнагрузки на каждой ступени в юоответствии; с вепичинами, заданными программой испытаний. При многоосном нагружении точность воспроизведения экстремальных нагрузок определяется не только точность отработки программы отдельным каналом, но и синхронностью приложения нагрузки между каналами, так как именно это определяет правильность воспроизведения градиентов нагрузки в испытываемой конструкпии. Известно устройство, в котором синхронизация нагрузки по разным каналам осуществляется с помощью фазосдвигак щей RC- цепочки, выполняющей функцию элемента запаздывания ClJ. Недостатком этого устройства является то, что оно пригодно только для генерации задающих воздействий типа колеба. НИИ прямоугольной формы фиксированной частоты и неизменных динамических хара теристиках канала нагружения, IНаиболее близким по технической сущности к изобретению является система управления нагружением при усталост-i ных испытаниях натурных конструкций, реализующая сдвиг фазы задаюцего воздействия с помощью фазосдвигакщего устройства, управ.ляемого сигналами от программного устройства, в памяти jcoторого должны храниться величины времени задержки по отдельным каналам С2, Недостатком известного устройства является необходимость получения до начала испытания объекта фазочастотнъ1Х характеристик всех каналов нагружения. Процедура определения динамических харак теристик связана со значительными тех102ническими трудностями из-за большого числа каналов их взаимного влияния и нелинейности характеристик системы нагружения. Настройка устройства управления нагружением на самом объекте испытаний часто невозможна из-за опасности разрушения уникальной конструкции. Кроме того, при возникновении в ходе испъ1- таний усталостных трещин изменяется жесткость испытываемой конструкции, что приводит к изменению динамических характеристик следующей системы нагружения. В связи с этим найденные ранее значения фазовых сдвигов становятся неоптимальными и требуют периодической коррекции. Цель изобретения - повышение точ ности воспроизведения экстремальных значений градиентов нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления нагружением при усталостных испытаниях натурных конструкций, содержащее программно-задагадий блок, соединенный выхода ми с входами п каналов управления, каждый из которых содержит управляемый генератор и последовательно соединенные формирователь функции задания, регулятор, испытательный механизм и датчик нагрузки, соединенный первым выходом с первым выходом канала управления и с испытываемой конструкцией, вторым выходом с вторым входом регулятора, первый вход канала управления соединен с входом управляемого генератора, второй вход с вторым входом формирователя функций задания, введены п -входовой элемент И и в кажаый канал управления - пиковый детектор, первый элемент И и последовательно соединеннъ1е первый триггер, элемент И, второй триггер и элемент ИЛИ, соединенный выходом с вторым выходом канала управления, вторым входом - с инверсным выходом первого триггера, S - вход которого соединен с третьим входом канала управления, R входы первого и второго триггеров соединены с четвертым входом канала управ ления, -инверсный выход второго триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соециг нен с выходом управляемого генератора, выход - с вторым входом формирователя функций задания, второй вход второго элемента И соединен с выходом пикового детектора, аход которого соединен с вторым входом регулятора, вторые выходы каналов управления соединены с соответ.ствующими входами n -входового элемента И i выхрд которого соединен с четвертыми входами каналов управления. На фиг. 1 прецставпена структурная схема устройства; на фиг, 2 - примерный вид программы нагружения апя 4-х канальной испытательной системы; на фиг. 3 показано влияние величины рассинхронизаиин на точность отработки экстремапьных значений градиента нагрузки между двумя каналами (кривые № 1 и № 2 изображают функции задания нагрузки для каналов 1 и 2); на фиг. 4 - фазачастотныб характеристики Двух каналов нагру- жения с электрогидравлическими преобразователями типа УЭГС-1ОО и гидроцилинцрами, развивакщими усилия: 10 кН (кривая NO 1) и 25 кН (кривая N 2); на фиг. 5 представлена временная диграм ма работы устройства. В результате различия плсшдадей поршней и объемов гидроцилинаров а также жес косТи испытываемой конструкции в местах приложений усилий каналы нагружения име ют различные фазочастотные характеристик Фазовое запаздывание в канале N1-4.,342- В результате различия в величинах фазовых сдвигов нагрузки, -прилагаемые к испытываемому изделию D1 и D2 (фиг. 3),оказываются взаимно сдвинутыми по фазе на угол Ч Ч - . что приводит к ошибке в воспроизведении градиентов нагрузок & li , где h - соответственно максимальный и заданный градиенты нагрузок. Устройство содержит программно-задающий блок 1, управляемый генератор 2 формирователь функции задания 3, регуrtt TOp 4, исполнительный механизм 5, датчик нагрузки 6, испытываемую конструкцию 7, п - входовой элемент И 8, второй 9 и первый 1О элементы И, первый Ц и второй 12 триггеры эле мент ИЛИ 13, пиковый детектор 14.

Работает устройство следующим образом.

В исходном положении триггеры 11 и 12 находятся в нулевом состоянии, на прямых выходах триггеров логический нуль О. Программно-задающий блок 1 задает с помощью управляемых генераторов 2 и формирователей, функции 3 задания длительность, амплитуду и форму задающих воздействий для каждого канала нагружения, а также импульс синхронизации для каналов, нагрузки в которых должны быть синхронными (ис10

Описанная процедура осуществляется в каждом канале управления. После достижения экстремального значения нагрузки в канале, обладающем наибольшим запаздыванием ( фиг. 5, D 1, ЛВ 1), на всех входах элемента И 8 оказ ываются 1, в результате на выходе элемента 8 появляется 1, которая, воздействуя на R - входы всех триггеров, устанавливает их в исходное состояние. На инверсных выходах триггеров 12 появляются 1, которые разблокируют элементы И 10 всех каналов управления, и 04 ключение составляют каналы, формирую, щие статическую нагрузку на данной ступени программы). Импульс синхронизации выдается программно- задающим устрой ством при выдаче параметров каждой новой ступени программы нагружения, а также несколько раз в пределах одной ступени программы на случай рассинхронизании нагрузок, вызванной изменением динамических характеристик испытываемой конструкции при возникновении усталостных трешин. Синхронизирующий импульс, йоступая в канал управления, устанавгшвает триггер 11 в состояние 1. На обоих входах элемента ИЛИ 13 оказываются О, в результате на выходе элемента И 8 появляется О - низкий уровень (фиг. 5). Из-за наличия фазового запаздывания нагрузки на испытывав - мой конструкции повторяет форму сигнал задаюцего воздействия с запаздыванием, соответствующим фозчастотной характеристике канала при данной частоте. Эта нагрузка воспринимается и преобразуется в электрический сигнал датчиком 6 (кривые D1 и D 2, фиг. 5). 1При достижении выходным сигналом датчика (нагрузка на конструкции) экстремального значения пиковый детектор 14 соответствующего канала формирует импульс ( фиг. 5, ПД2). Этот импульс складывается элементом И 9 с 1 на прямом выходе триггера 11 и устанавливаеттриггер 12 в единичное состояние, при этом на его инверсном выходе появляется сигнал О, который блокирует посредством элемента И 10 поступление импульсов с управляемого генератора 2 на формирователь функции 3 задания (фиг. 5,0 ), в результате чего изменение задаквдего воздействия в данном канале приостанавливается Единичный сигнал с прямого выхода триггера 12 через элемент ИЛИ 13 поступает на соответствующий вход элемента И 8.

все формирователи функций проаоткают генерацию вадакхцих воааействи& В ре эупьтате цанной процедуры во всех каналах управпешя, за исключением канала с наибольшим запаздыванием, сформиро вались задержки сигналов задакщих воздействий, причем величины этих эаде{жек обратно пропорциональны величинам фазовых запаздываний соответствующих каналов и равны разности между наибольшим, присутствующим в системе фазовым запаздыванием Я запаздыванием в рассматриваемом канале. В связи с тем, что в ка нале с наибольшим запаздыванием момент останова формирователя функции при дос- 15

тижении нагрузкой экстремума совпадает (задержкой, вносимой логическими элементами можно пренебречь) с момента за.пуска всех каналов, данный канал не останавливается. Как показано на фиг. S, в случае, если рассинхронизация нагрузок отсутствует, останова задакщих воздействий практически не происходит.

В результатеОписанной процедуры путем введения задержек сигналов задающих воздействий осуществляется синхронизация экстремальных значений нагрузок, прилагаемых к испытываемой конструкции. ,

Изобретение существенно повышает точность воспроизведения заданных экстремальных значений градиентов нагрузки,

сокршцает время проведения иопь1таний конструкций за счет повышения частоты нагружения. вызванную фазовыми запаздываниями, и

-е

raJ

П I1

ю

9

f

м

л/

УСТРОЙСТВР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЖЕНШМ ПРИ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ НАТУРНЫХ КОНСТРУКЦИИ, содержащее программно-задающий 6iioK| соединенный выходами с входами п каналов управления, каждый из которых содержит управляемый генератор и последовательно соединенные формирователь функции заданиЯ| регулятор, исполнительный механизм и датчик нагрузки, соединенный першз1м вь1ходом с первым выхо дом канала управления и с испытываемой конструкцией) вторым выходом - с вторым входом регупятора, первый, вход канала управления соединен с входом управляемого генератора, второй вход - с вторым входом формирователя функции задания, отличающееся тем, что с целью повышения точности возпроизведения экстремальньтх значений градиентов нагрузок, в него введены г - входовой элемент И и в каждый канал управления пиковь1й детектор, первый элемент И и последовательно соединенные первый Триггер, второй элемент И, второй триггер и элемент ИЛИ, соединен11Ый выходом с. вторым выходом канала управления вторым входом - с инверсным выходом , первого триггера, S -вход которого соединен с третьим входом канала управления, R -входы первого и второго триггеров соединены с четвертым входом кана§ ла управления, инверсный выход второго (Л триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого с соединен с выходом управляемого генератора, выход - с вторым входом формирователя функции задания, второй вход второго элемента И соединен с выходом пикового детектора, вход которгяч) соединен с вторым входом регулят« а, вторые со выходы каналов управления соединены с соответствующими входами п-входового ю элемента И, выход которого соеф1нен с четвертыми входами каналов управления.

Ъсз

Фиг.

Ступень /

Фиг. 2

го